Images

Classifications

G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in preceding groups

G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in preceding groups specially adapted for navigation in a road network

G01C21/28—Navigation; Navigational instruments not provided for in preceding groups specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments

G01C21/30—Map- or contour-matching

Abstract

A vehicle (1) following a trajectory (2) along the slopes of a mountain is provided with a compass (4) and spirit level (6) which measure the azimuth (5) and two altitude angles. An odometer (9) provides information about the distance travelled. A digital map (11) stores information regarding the normal orientation of the terrain. Using distance travelled and the azimuth angles a number of positions (31-36) along a segment of the trajectory (30) are calculated. These values together with the altitude angles are then used to determine the orientation of the steepest slope relative to the vehicle position. The information is then compared with the data stored in the digital map.

La navigation terrestre a normalement pour but de fournir une indication de la position d'un véhicule terrestre, en contact avec le sol, émergé ou immergé sous l'eau. Land navigation normally intended to provide an indication of the position of a land vehicle, in contact with soil, emerged or submerged underwater.

Pour déterminer la position d'un véhicule terrestre, un procédé peut consister à estimer sa position, à partir d'informations fournies par des capteurs de déplacement embarqués, tels qu'un odomètre et un magnétomètre, fournissant respectivement la distance parcourue, depuis une position de départ, et le cap. For determining the position of a land vehicle, a method may include its position estimate, based on information provided by embedded movement sensors, such as an odometer and a magnetometer, respectively providing the distance from a position departure and heading.

Il est aussi connu, dans le domaine aéronautique, d'estimer l'altitude du relief survolé par un aéronef, par un calcul de la différence entre l'altitude de l'aéronef, fournie par un baro-altimètre, et sa hauteur par rapport au relief, fournie par une radiosonde. It is also known in the aeronautical field, to estimate the elevation of the terrain overflown by an aircraft, by calculating the difference between the altitude of the aircraft provided by a barometric altimeter, and its height relative the relief provided by a radiosonde.Le profil de relief ainsi estimé pour une suite de points d'un tronçon de trajectoire est comparé à des profils qui sont déterminés en entraînant le tronçon en balayage horizontal, sur un modèle numérique de terrain, parallèlement à lui-même autour de sa position estimée. The relief profile thus estimated for a sequence of points of a section of trajectory is compared to profiles which are determined by driving the section in the horizontal scanning on a digital terrain model, parallel to itself around the estimated position .On relève ainsi, sur le modèle numérique de terrain, une suite de profils que l'on compare à celui qui a été calculé d'après les mesures, et on isole celui qui présente la meilleure corrélation avec le profil calculé et qui correspond à la position de balayage confondue avec la position horizontale réelle recherchée du tronçon de trajectoire. It thus falls on the digital terrain model, a series of profiles being compared to that which was calculated from the measurements, and that is isolated which has the best correlation with the calculated profile and corresponding to the scanning position coincides with the actual horizontal position of the desired section of trajectory.

A cet effet, l'invention concerne un procédé du type mentionné ci-dessus, caractérisé par le fait que lesdites caractéristiques sont représentatives de l'orientation, dans un repère terrestre, de la normale au relief considéré. To this end, the invention relates to a method of the type mentioned above, characterized in that said characteristics are representative of the orientation, in a land reference, of the normal to the viewed terrain.

L'information pertinente peut aussi être fournie, sous une forme parfaitement équivalente, par un vecteur s'étendant le long de la ligne de plus grande pente et fournissant la même information que ladite normale, à laquelle il est perpendiculaire. The relevant information may also be provided in a form perfectly equivalent, by a vector extending along the greatest slope line and providing the same information as said normal, to which it is perpendicular.Bref, l'invention propose finalement ce qu'on peut appeler un procédé de corrélation de pente. In short, the invention finally provides what may be called a slope correlation method.

Les caractéristiques de l'invention, associées au relief, ne dépendent pas directement de la forme de la trajectoire, puisque la pente est déterminée à partir du terrain situé à côté de cette trajectoire. The characteristics of the invention, associated with the relief, do not directly depend on the shape of the path, since the slope is determined from the field next to this path.En effet, comme la pente maximale n'est en général pas orientée selon la trajectoire, il ne s'agit pas de la dérivée de l'altitude selon cette trajectoire mais du gradient maximal de l'altitude défini par le relief situé à côté de la trajectoire. Indeed, as the maximum slope is generally not oriented along the trajectory, it is not of the derivative of the altitude by this path but the maximum gradient of the altitude defined by the terrain located next to path.

En particulier, dans le cas extrême d'une trajectoire horizontale, par exemple serpentant de part et d'autre d'une ligne de crête, les variations de direction et d'amplitude de la pente maximale d'un versant à l'autre, ou simplement le long d'un même versant, fourniront des informations pertinentes, alors qu'un procédé utilisant les variations d'altitude de la trajectoire serait inefficace. In particular, in the extreme case of a horizontal path, e.g. winding on either side of a ridge line, changes in direction and magnitude of the maximum slope of one side to the other, or simply along the same slope, provide relevant information, while a process using the elevation changes of the path would be ineffective.

Le mobile de l'invention peut être un véhicule ou simplement un individu estimant ou mesurant l'amplitude de la pente et sa direction horizontale. The mobile of the invention may be a vehicle or simply an individual estimating or measuring the magnitude of the slope and the horizontal direction.

Avantageusement, le mobile étant un véhicule, on détermine l'orientation de la normale au relief par une mesure de l'attitude du véhicule. Advantageously, the mobile being a vehicle, the terrain orientation of the normal is determined in a by measuring the attitude of the vehicle.

Dans un mode de mise en oeuvre, on détermine ladite orientation de la normale au relief en plusieurs points du tronçon de trajectoire estimée, on entraîne en translation le tronçon de trajectoire estimée pour que chaque point de celui-ci balaie une aire d'incertitude entourant la position estimée du point considéré, on repère une position de balayage correspondant à une corrélation optimale entre la suite des orientations mesurées et celles fournies par la carte et on corrige la position estimée du tronçon de trajectoire en le ramenant sur la position de balayage optimale. In one embodiment, one determines said orientation of the normal to the relief at several points of the estimated trajectory section, one drives in translation the estimated path portion so that each point of the latter sweeps an area of ​​uncertainty surrounding the estimated position of the point, a scanning position are identified corresponding to an optimum correlation between the series of orientations measured and those supplied by the map and one corrects the estimated position of the section of trajectory by returning it to the optimum sweeping position.

On peut ainsi "recaler" cycliquement la position du mobile. One can thus "reset" cyclically the position of the mobile.

Dans un autre mode de mise en oeuvre, on compare cycliquement, en des positions estimées successives le long de la trajectoire estimée, un seuil d'inclinaison sur la verticale avec l'orientation mesurée de la normale au terrain et, lorsque l'inclinaison mesurée sur la verticale locale dépasse le seuil, on compare l'orientation mesurée de la normale avec celles fournies par la carte pour diverses positions dans une aire d'incertitude entourant la position estimée considérée et on retient comme position réelle celle dont l'orientation de la normale relevée sur la carte diffère le moins de celle mesurée. In another embodiment, one compares cyclically, at successive estimated positions along the estimated trajectory, a threshold of inclination to the vertical with the measured orientation of the normal to the ground and, when the inclination measured on the local vertical exceeds the threshold, the measured orientation of the normal compared with those provided by the map for various positions in an area of ​​uncertainty surrounding the estimated position in question and one keeps as the actual position that of which the orientation of the normal up on the map differs least from that measured.

Un relief accentué permet alors de recaler la position avec précision. A high relief then enables to readjust the position accurately.

Encore dans un autre mode de mise en oeuvre, on mesure ladite orientation de la normale en plusieurs points de la trajectoire estimée, on détermine pour chaque point, par comparaison avec un modèle numérique de terrain faisant office de carte, une erreur d'orientation de la normale mesurée que l'on soumet à un filtrage de Kalman pour, à partir du modèle numérique de terrain, déterminer une correction de position du tronçon de trajectoire estimée, pour laquelle le filtrage de Kalman fournit une erreur filtrée minimale des orientations mesurées. In still another mode of implementation, one measures said orientation of the normal at several points of the estimated trajectory, one determines for each point, by comparison with a digital ground model making office map, an orientation error of normal measured which is subjected to a Kalman filtering for, from the digital terrain model, determining a position correction of the estimated path section, for which the Kalman filtering supplies a minimal filtered error of the orientations measured.

On peut ainsi effectuer automatiquement un recalage continu de la position. It is thus automatically carry out continuous registration of the position.

Dans ce dernier cas, on peut déterminer la courbure locale du terrain par calcul des dérivées secondes de l'altitude du terrain dans deux directions horizontales et, dans une aire d'incertitude entourant une position estimée considérée, on recherche, dans le modèle numérique de terrain, une position optimale dont l'orientation de la normale est identique à une orientation estimée, par filtrage de Kalman, de la normale mesurée et on considère ladite position optimale comme étant la position réelle. In the latter case, one can determine the local curvature of the ground by calculation of the second differentials of the altitude of the ground in two horizontal directions and in an estimated uncertainty of a position area in question, one seeks, in the digital model marker, an optimum position of which the orientation of the normal is identical to an estimated orientation, by Kalman filtering, of the measured normal and one considers said optimum position as being the actual position.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de trois modes de réalisation d'un système de navigation mettant en oeuvre le procédé de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: The invention will be better understood using the following description of three embodiments of a navigation system implementing the method of the invention, with reference to the accompanying drawing, in which:

Dans cet exemple, le modèle numérique de terrain 11 a été établi à partir d'une carte classique fournissant les altitudes des points du terrain. In this example, the digital terrain model 11 was drawn from a classic card providing the elevations of ground points.La direction horizontale de la ligne de plus grande pente est, en chaque point, perpendiculaire à la normale à la courbe de niveau passant par le point, tandis que la valeur de la pente, ou tangente de l'angle de site, varie en fonction inverse de la distance entre deux courbes de niveau adjacentes. The horizontal direction of the steepest slope of line is, at each point, perpendicular to the normal of the contour passing through the point, whilst the value of the slope, or tangent of the elevation angle, varies inverse of the distance between adjacent contour lines.La normale au terrain est dans un plan vertical passant par le vecteur tangent au terrain le long de la ligne de plus grande pente, défini ci-dessus, et est perpendiculaire à celui-ci. The normal to the land is in a vertical plane at the tangent vector field along the line of greatest slope, defined above, and is perpendicular to it.En pratique, un maillage par des triangles sensiblement équilatéraux définis par les altitudes de leurs trois sommets permet de mémoriser, pour chaque maille, l'orientation de la pente moyenne ou de la normale au terrain, ce qui limite le volume mémoire nécessaire. In practice, a mesh by substantially equilateral triangles defined by the heights of their three vertices is used to store, for each mesh, the orientation of the average slope or the normal to ground, which limits the required memory volume.Il est encore possible d'utiliser un modèle numérique de terrain classique et de calculer l'orientation de la pente ou de la normale aux points considérés au fur et à mesure des besoins, par exemple à partir des altitudes des trois sommets d'un triangle de maillage. It is still possible to use a digital model of classical field and calculate the orientation of the slope or normal at the points considered as and when required, for example, from altitudes of the three vertices of a triangle mesh.

Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on détermine ladite orientation de la normale (13) au relief en plusieurs points (31 - 36) du tronçon de trajectoire estimée (30), on entraîne en translation le tronçon de trajectoire estimée (30) pour que chaque point (31 - 36) de celui-ci balaie une aire d'incertitude (51) entourant la position estimée du point considéré (31-36), on repère une position de balayage (40) correspondant à une corrélation optimale entre la suite des orientations mesurées (13) et celles (12, 12') fournies par la carte (11) et on corrige la position estimée (30) du tronçon de trajectoire en le ramenant sur la position (40) de balayage optimale. Method according to one of claims 1 and 2, wherein said orientation of the normal is determined (13) to the relief at several points (31-36) of the estimated trajectory section (30) is driven in translation section of trajectory estimated (30) so that each point (31-36) of the latter sweeps an area of ​​uncertainty (51) surrounding the estimated position of the point (31-36), we identify a scanning position (40) corresponding to optimal correlation between a result of the orientations measured (13) and those (12, 12 ') provided by the map (11) and the estimated position is corrected (30) of the section of trajectory by reducing the on position (40) optimal scan.